KR101519100B1 - Semiconductor active layer comprised elastic material, Gate insulating film and Thin-film transistor using the same - Google Patents
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Abstract
Description
본 발명은 유기박막트랜지스터, 메탈옥사이드 박막트랜지스터에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 반도체 활성층과 절연막에 탄성물질을 포함되게 함으로써 트랜지스터 소자의 물성을 유연하게 하는 동시에 원가절약이 가능한 유기, 메탈옥사이드 박막트랜지스터에 관한 것이다.
The present invention relates to an organic thin film transistor and a metal oxide thin film transistor, and more particularly, to an organic thin film transistor and a metal oxide thin film transistor which are made of an organic, metal oxide thin film transistor .
최근 들어 휠 수 있는 디스플레이(flexible display)가 많은 관심을 받고 있다. 사람들은 어디서나 가지고 다닐 수 있으면서도 좀 더 큰 화면을 원하기 때문에 접거나 구부리거나, 말수 있는 디스플레이의 개발이 요구되고 있다. 여기에 늘어나기까지 한다면 그 어플리케이션은 인체 또는 의류에 부착 가능한 혹은 더욱 무궁무진한 곳에 적용가능하게 늘어난다. 하지만 이를 위해서는 공정온도 300 이하의 온도로 낮추어줄 필요가 있는 플라스틱 기판이나 실리콘 고무기판을 사용해야 한다. Recently, a flexible display has attracted much attention. People are able to carry them anywhere, but they want a bigger screen, so it is required to develop a display that can fold, bend or speak. If it is stretched here, the application can be applied to a human body, clothing, or more unlimited places. To do this, however, it is necessary to use plastic substrates or silicon rubber substrates that need to be lowered to a process temperature of 300 ° C or less.
한편 고해상도와 저전력 구동을 위해서는 능동형(AM matrix) 구동방식이 필요한데 현재 사용되고 있는 실리콘과 같은 무기 박막트랜지스터는 그 제조온도가 높고, 휘거나 늘렸을 때 쉽게 깨어지기 때문에 플렉서블과 스트레쳐블 디스플레이에 적용하기에는 한계가 있으며 용액공정이 불가능하여 다른 물질과 섞어서 사용하는데 한계가 있다. 따라서 저온에서 쉽게 제조할 수 있고 용액공정이 가능하며 휘거나 구부렸을 때도 견딜 수 있는 유기박막 트랜지스터 (Organic Thin Film Transistor, OTFT)와 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.On the other hand, active matrix (AM matrix) driving method is required for high resolution and low power driving. Inorganic thin film transistors such as silicon currently used are high in manufacturing temperature and easily broken when they are bent or stretched. There is a limit and there is a limitation in using it mixed with other materials because solution process is impossible. Therefore, researches have been actively conducted on an organic thin film transistor (OTFT) which can be easily manufactured at a low temperature, can perform a solution process, and can withstand bending or bending.
유기박막트랜지스터는 이러한 차세대 디스플레이 장치의 구동소자로서 활발한 연구가 진행되고 있을 뿐 아니라 개별물품단위의 인식에 응용될 수 있는 RFID (Radio Frequency Identification Tag, 무선인식단말소자) 태그 제작에도 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 유기박막트랜지스터는 반도체층으로 실리콘막 대신에 유기반도체막를 사용하는 것으로, 유기막의 재료에 따라 올리코티오펜(oligothiophene), 펜타센(pentacene) 등과 같은 저분자 유기물 박막트랜지스터와 폴리티오펜(polythiophene) 계열 등과 같은 고분자 유기물 박막트랜지스터로 분류된다.Organic thin film transistors can be applied to the fabrication of RFID (Radio Frequency Identification Tag) tags, which are actively studied as driving elements of such next generation display devices, and can be applied to individual product unit recognition It is expected. The organic thin film transistor uses an organic semiconductor film instead of a silicon film as a semiconductor layer. Depending on the material of the organic film, the organic thin film transistor includes a low-molecular organic thin film transistor such as oligothiophene or pentacene, a polythiophene- Polymer organic thin film transistor.
하지만 이러한 유기박막트랜지스터도 휘거나 구부리는데는 용이하나 반도체층인 컨주케이트 폴리머는 탄성이 거의 없고 단단하여 늘였을 경우 소자자체에 손상을 입거나 찢어지는 문제를 가지고 있다.However, such an organic thin film transistor is easy to bend or bend, but the conjugated polymer which is a semiconductor layer has little elasticity and has a problem of being damaged or torn when it is stretched hard.
도 1은 종래의 유기박막트랜지스터를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이 기판(10) 상에 서로 이격된 소스/드레인 전극(20)이 형성되어 있고, 상기 소스/드레인 전극(20)을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 유기반도체층(30)이 형성되어 있다. 상기 유기반도체층(30) 상에 게이트 절연막이(40) 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막(40) 일부 상에 게이트 전극(50)을 형성한다.1 is a cross-sectional view showing a conventional organic thin film transistor. As shown in the figure, source /
이와 같은 구조를 갖는 종래의 유기박막트랜지스터는 휘어지고 구부러지는 플라스틱 기판 등에서 제조가 가능 하였으나 유기반도체층과 절연막층에 탄성이 거의 없고 단단한 형태로 형성되어있어 늘리거나 접었을 경우에 소자가 작동하지 않거나 유기반도체층이나 절연막층이 찢어지는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 지금까지 주로 사용된 방법은 기판을 미리 늘여놓은 상태에서 소자를 증착시킨 후 다시 줄여서 기존에 늘였던 만큼 늘이는 방법과 소자와 소자사이에 연결부위를 늘일 수 있게 하는 방법 등을 특징으로 하고 있다. 하지만 이러한 방법들은 작동하는 소자 자체의 탄성을 늘이는 방법이 아니기 때문에 복잡한 공정이 필요하고 늘어나는데 한계가 있는 단점을 가지고 있다.A conventional organic thin film transistor having such a structure can be fabricated on a bent or bent plastic substrate and the like. However, since the organic semiconductor layer and the insulating film layer have little elasticity and are formed in a rigid form, when the organic thin film transistor is stretched or folded, The semiconductor layer or the insulating film layer tears. In order to solve this problem, a method mainly used up to now has been a method of extending a substrate by previously stretching the substrate by depositing the substrate in a state where the substrate is stretched and reducing the distance between the device and the device. . However, these methods are not a method of increasing the elasticity of the operating element itself, and therefore have a disadvantage in that a complicated process is required and there is a limit to increase.
그러므로 박막트랜지스터를 이용한 소자들이 의류와 인체 등에 폭넓게 쓰이기 위해서는 탄성을 가진 물질과 활성계층 또는 절연막층 물질을 섞어주는 등 소자 자체의 탄성을 용액공정이나 인쇄공정을 통해 간편하게 도포할 수 있는 방법에 대한 연구가 절실히 요구되는 실정이다.
Therefore, in order for devices using thin-film transistors to be widely used for clothing and human bodies, a method of easily applying elasticity of a device itself through a solution process or a printing process such as mixing an elastic material with an active layer or an insulating film layer material Is required.
본 발명은 반도체 활성층과 게이트 절연막에 탄성물질을 포함시킴으로써 기존 소자의 문제점이었던 구부리거나 늘어났을 때 소자가 작동하지 않거나 찢어지는 단점을 보완하고 기존 물질 소비량보다 적은 물질을 소비하는 유기/메탈옥사이드 트랜지스터를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.The present invention relates to an organic / metal oxide transistor which includes an elastic material in a semiconductor active layer and a gate insulating film to compensate for the disadvantage that the device does not work or tear when bent or stretched, which is a problem of existing devices, The main purpose is to provide.
본 발명의 다른 목적은 반도체 활성층을 사용하였을 때 기존의 소자보다 성능이 하향되는 단점을 효과적으로 보완할 수 있는 물질을 넣어 기존의 성능에 준하는 소자를 제공하는 데 있다.
It is another object of the present invention to provide a device that can comply with existing performance by inserting a material that can effectively compensate for the drawback that the performance is lower than that of the conventional device when the semiconductor active layer is used.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 박막트랜지스터를 구성하는 반도체 활성층에 있어서, 상기 반도체 활성층은 탄성물질에 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체)이 혼합되되, 상기 탄성물질 : 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체)이 10 : 90 ~ 70 : 30 의 중량비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 반도체 활성층을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor active layer constituting a thin film transistor, wherein the semiconductor active layer is formed by mixing a semiconductor material (organic semiconductor or metal oxide semiconductor) with an elastic material, Metal oxide semiconductors) are mixed in a weight ratio of 10:90 to 70:30. The present invention also provides a semiconductor active layer for a thin film transistor.
또한 본 발명은 상기 반도체 활성층에 첨가제가 추가되며, 상기 용매 100㎖당 첨가제 1~10㎖, 탄성물질과 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체) 200~1000mg이 혼합되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 반도체 활성층을 제공한다.Further, the present invention is characterized in that an additive is added to the semiconductor active layer, 1 to 10 ml of an additive per 100 ml of the solvent, and 200 to 1000 mg of a semiconductor material (organic semiconductor or metal oxide semiconductor) Thereby providing a semiconductor active layer.
또한 본 발명은 상기 첨가제가 알킬 티올 (alkyl thiol), 1,8-다이아이오드옥탄(1,8-diiodoctane), 1-클로로나프탈렌 (1-chloronapthalene)을 포함하는 물질 또는 이들의 유도체인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 반도체 활성층을 제공한다.Also, the present invention is characterized in that the additive is a substance including alkylthiol, 1,8-diiodoctane, 1-chloronapthalene, or a derivative thereof A semiconductor active layer for a thin film transistor is provided.
또한 본 발명은 상기 탄성물질이 실리콘고무(silicon rubber), 에코플렉스(Eco-flex), 우레탄고무(urethane rubber), 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 폴리설파이드고무(polysulfide rubber), 플루오로고무(fluororubber) 및 아크릴고무(acrylic rubber) 등으로 이루어진 군에서 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 반도체 활성층을 제공한다.The present invention also relates to a method of manufacturing an elastic member, wherein the elastic material is selected from the group consisting of silicone rubber, Eco-flex, urethane rubber, styrene butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber (CR) Isoprene-isobutylene rubber (IIR), butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPR) ), A polysulfide rubber, a fluororubber, and an acrylic rubber. The present invention also provides a semiconductor active layer for a thin film transistor.
또한 본 발명의 상기 유기반도체는 N형 유기반도체 또는 P형 유기반도체를 사용하되, 상기 N형 유기반도체는 아센계 물질, 완전 불화된 아센계 물질, 부분 불화된 아센계 물질, 부분 불화된 올리고티오펜(oligothiophene)계 물질, 플러렌(fullerene)계 물질, 치환기를 갖는 플러렌계 물질, 완전 불화된 프탈로시아닌(phthalocyanine)계 물질, 부분 불화된 프탈로시아닌계 물질, 페릴렌 테트라카르복실릭 디이미드(perylene tetracarboxylic diimide)계 물질, 페릴렌 테트라카르복실 디안하이드라이드(perylene tetracarboxylic dianhydride)계 물질, 나프탈렌 테트라카르복실릭 디이미드(naphthalene tetracarboxylic diimide)계 물질 또는 나프탈렌 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(naphthalene tetracarboxylic dianhydride)계 물질 또는 이들의 유도체 중에서 선택되며, 상기 P형 유기반도체는 아센(acene), 폴리-티에닐렌비닐렌(poly-thienylenevinylene), 폴리-3-헥실티오펜(poly-3-hexylthiophen), 알파-헥사티에닐렌(α-hexathienylene), 나프탈렌(naphthalene), 알파-6-티오펜(α-6-thiophene), 알파-4-티오펜 (α-4-thiophene), 루브렌(rubrene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리파라페닐렌비닐렌 (polyparaphenylenevinylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리플로렌(polyfluorene), 폴리티오펜비닐렌(polythiophenevinylene), 폴리티오펜-헤테로고리방향족 공중합체(polythiophene-heterocyclicaromatic copolymer), 트리아릴아민(triarylamine)을 포함하는 물질 또는 이들의 유도체 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 반도체 활성층을 제공한다.In addition, the organic semiconductor of the present invention may be an N-type organic semiconductor or a P-type organic semiconductor, wherein the N-type organic semiconductor may be selected from the group consisting of an acetal material, a fully fluorinated acetal, a partially fluorinated acetal, A fluorinated substance having a substituent group, a completely fluorinated phthalocyanine substance, a partially fluorinated phthalocyanine substance, a perylene tetracarboxylic diimide (perylene tetracarboxylic diimide), a perylene tetracarboxylic diimide Based material, a perylene tetracarboxylic dianhydride-based material, a naphthalene tetracarboxylic diimide-based material, or a naphthalene tetracarboxylic dianhydride-based material or a naphthalene tetracarboxylic dianhydride- Or a derivative thereof, and the P-type organic semiconductor is selected from the group consisting of acene, poly Poly-thienylenevinylene, poly-3-hexylthiophen, alpha-hexathienylene, naphthalene, alpha-6-thiophene 6-thiophene, alpha-4-thiophene, rubrene, polythiophene, polyparaphenylenevinylene, polyparaphenylene, , A material including polyfluorene, polythiophene vinylene, a polythiophene-heterocyclic aromatic copolymer, a triarylamine, or a derivative thereof And a semiconductor active layer for a thin film transistor.
또한 본 발명은 박막트랜지스터를 구성하는 게이트 절연막에 있어서, 상기 게이트 절연막은 탄성물질에 유기절연막 또는 무기절연막이 혼합되되, 상기 탄성물질 : 유기절연막 또는 무기절연막이 10 : 90 ~ 70 : 30 의 중량비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 게이트 절연막을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a gate insulating film constituting a thin film transistor, wherein the gate insulating film is formed by mixing an elastic material with an organic insulating film or an inorganic insulating film, wherein the elastic material: organic insulating film or inorganic insulating film has a weight ratio of 10:90 to 70:30 The gate insulating film for a thin film transistor is provided.
또한 본 발명은 상기 탄성물질이 실리콘고무(silicon rubber), 에코플렉스(Eco-flex), 우레탄고무(urethane rubber), 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 폴리설파이드고무(polysulfide rubber), 플루오로고무(fluororubber) 및 아크릴고무(acrylic rubber) 등으로 이루어진 군에서 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 게이트 절연막을 제공한다.The present invention also relates to a method of manufacturing an elastic member, wherein the elastic material is selected from the group consisting of silicone rubber, Eco-flex, urethane rubber, styrene butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber (CR) Isoprene-isobutylene rubber (IIR), butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPR) A polysulfide rubber, a fluororubber, and an acrylic rubber. The gate insulating film for a thin film transistor according to the present invention is characterized in that at least one selected from the group consisting of polysulfide, polysulfide rubber, fluororubber and acrylic rubber.
또한 본 발명의 상기 유기절연막은 폴리메타아크릴레이트 (PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리이미드와 같은 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계 고분자, p-자이리렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 파릴렌(parylene) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용하며, 상기 무기절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, Al2O3, Ta2O5, BST, PZT 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 게이트 절연막을 제공한다.In addition, the organic insulating layer of the present invention may be formed of an imide polymer such as polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene (PS), phenolic polymer, acrylic polymer, polyimide, arylether polymer, amide polymer, Wherein the inorganic insulating film is selected from the group consisting of a silicon oxide film, a silicon nitride film, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5, , BST, and PZT is used as a gate insulating film for a thin film transistor.
또한 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 위치한 서로 이격되어 위치하는 소스/드레인 전극; 상기 소스/드레인 전극을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 위치한 탄성물질이 혼합된 반도체 활성층; 상기 혼합 활성층 상의 전면에 위치하는 탄성물질이 혼합된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 위치한 게이트 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터를 제공한다.The present invention also provides a semiconductor device, Source / drain electrodes spaced apart from one another on the substrate; A semiconductor active layer mixed with an elastic material disposed over the entire surface of the substrate including the source / drain electrodes; A gate insulating layer in which an elastic material located on the front surface of the mixed active layer is mixed; And a gate electrode disposed on the gate insulating layer.
또한 본 발명의 상기 반도체 활성층은 탄성물질에 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체)이 혼합되되, 상기 탄성물질 : 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체)가 10 : 90 ~ 70 : 30 의 중량비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터를 제공한다.The semiconductor active layer of the present invention may be formed by mixing a semiconductor material (an organic semiconductor or a metal oxide semiconductor) with an elastic material, and the elastic material: a semiconductor material (organic semiconductor or metal oxide semiconductor) in a weight ratio of 10:90 to 70:30 The thin film transistor is characterized in that the thin film transistor is mixed.
또한 본 발명은 상기 반도체 활성층에 첨가제가 추가되며, 상기 용매 100㎖당 첨가제 1~10㎖, 탄성물질과 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체) 200~1000mg이 혼합되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터를 제공한다.Further, the present invention is characterized in that an additive is added to the semiconductor active layer, 1 to 10 ml of an additive per 100 ml of the solvent, and 200 to 1000 mg of a semiconductor material (organic semiconductor or metal oxide semiconductor) to provide.
또한 본 발명은 상기 첨가제가 알킬 티올 (alkyl thiol), 1,8-다이아이오드옥탄(1,8-diiodoctane), 1-클로로나프탈렌 (1-chloronapthalene)을 포함하는 물질 또는 이들의 유도체인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터를 제공한다.Also, the present invention is characterized in that the additive is a substance including alkylthiol, 1,8-diiodoctane, 1-chloronapthalene, or a derivative thereof A thin film transistor is provided.
또한 본 발명은 상기 게이트 절연막이 탄성물질에 유기절연막 또는 무기절연막이 혼합되되, 상기 탄성물질 : 유기절연막 또는 무기절연막이 10 : 90 ~ 70 : 30 의 중량비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터를 제공한다.The thin film transistor according to the present invention is characterized in that the gate insulating film is mixed with an elastic material, an organic insulating film or an inorganic insulating film, and the elastic material: an organic insulating film or an inorganic insulating film is mixed at a weight ratio of 10:90 to 70:30. to provide.
또한 본 발명은 상기 기판이 실리콘 고무(silicon rubber), 에코플렉스(Eco-flex), 우레탄고무(urethane rubber), 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 폴리설파이드고무(polysulfide rubber), 플루오로고무(fluororubber), 아크릴고무(acrylic rubber) 중에서 1 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터를 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the substrate is selected from the group consisting of silicon rubber, Eco-flex, urethane rubber, styrene butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber (CR) Isoprene-isobutylene rubber (IIR), butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) Polysulfide rubber, fluororubber, and acrylic rubber. The present invention also provides a thin film transistor comprising the same.
또한 본 발명은 상기 반도체 활성층 및 게이트 절연막의 탄성물질은 실리콘고무(silicon rubber), 에코플렉스(Eco-flex), 우레탄고무(urethane rubber), 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 폴리설파이드고무(polysulfide rubber), 플루오로고무(fluororubber) 및 아크릴고무(acrylic rubber) 등으로 이루어진 군에서 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터를 제공한다.
In the present invention, the elastic material of the semiconductor active layer and the gate insulating film may be at least one selected from the group consisting of silicon rubber, Eco-flex, urethane rubber, styrene butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), ethylenepropylene rubber (CR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), isoprene-isobutylene rubber at least one selected from the group consisting of ethylene propylene rubber (EPR), polysulfide rubber, fluororubber, acrylic rubber, and the like.
본 발명의 탄성물질이 포함된 유기박막 트랜지스터 및 메탈옥사이드박막 트렌지스터를 사용하면 기존의 소자보다 탄성력과 인장력이 향상되어 휘거나 구부리거나 늘렸을 때 기존의 소자보다 내구성이 향상된 유기박막 트랜지스터 및 메탈옥사이드박막트랜지스터를 제공할 수 있다.When the organic thin film transistor and the metal oxide thin film transistor including the elastic material of the present invention are used, the organic thin film transistor and the metal oxide thin film transistor having improved durability compared with the conventional device when the bending, Transistor can be provided.
또한 본 발명은 반도체 활성층에 탄성물질을 혼합하더라도 전자이동도 등의 소자 성능 변화는 거의 없어, 휘어지는 소자임에도 기존 소자와 성능이 유사한 효과가 있다.Further, even when an elastic material is mixed in the semiconductor active layer, there is almost no change in device performance such as electron mobility, and the effect is similar to that of the existing device even though it is a bent device.
또한 반도체 활성층에 탄성물질 및 첨가제를 혼합함으로 인해 모폴로지 상태를 개선하여 기존에 소자 성능과 유사한 성능을 제공할 수 있으며, 기존의 값비싼 활성층 물질을 절약할 수 있어 제조원가를 줄일 수 있는 경제적인 효과도 기대할 수 있다.
In addition, by mixing the elastic active material and the additive in the semiconductor active layer, it is possible to improve the morphology state and to provide the performance comparable to the conventional device performance, and to save the existing expensive active layer material, You can expect.
도 1 은 종래의 탑게이트 탑컨택 유기박막트랜지스터를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조 공정도를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 3의 박막트랜지스터의 P-Channel 또는 N-Channel의 전자이동속도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 4, 실시예 5 및 비교예 1의 박막트랜지스터의 P-Channel의 전이곡선 (transfer curve)과 전자이동도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예 6, 실시예 7 및 비교예 2의 박막트랜지스터의 P-Channel의 전이곡선 (transfer curve)과 전자이동도를 나타내는 그래프이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional top gate top contact organic thin film transistor.
2 is a view illustrating a manufacturing process of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the electron mobility of the P-channel or N-channel of the thin film transistor of the first to third embodiments.
4 is a graph showing a transfer curve and electron mobility of P-channels of the thin film transistors of Example 4, Example 5, and Comparative Example 1. FIG.
5 is a graph showing the transfer curves and electron mobility of the P-channel of the thin film transistors of Example 6, Example 7, and Comparative Example 2. FIG.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, it should be noted that, in the drawings, the same components or parts have the same reference numerals as much as possible. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted so as to avoid obscuring the subject matter of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
The terms " about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used herein are intended to be taken to mean an approximation of, or approximation to, the numerical values of manufacturing and material tolerances inherent in the meanings mentioned, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조 공정도를 나타낸 것이다.2 is a view illustrating a manufacturing process of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
탑게이트 형태의 유기박막트랜지스터는 기판을 제공하고, 상기 기판 상에 서로 이격되게 소스/드레인 전극을 형성시킨 후, 상기 소스/드레인 전극을 덮도록 탄성물질이 포함된 반도체 활성층을 형성하고, 상기 반도체 활성층 위에 탄성물질이 포함된 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상의 일부 영역에 게이트 전극을 형성하는 단계로 구성된다. A top gate type organic thin film transistor includes a substrate, a source / drain electrode formed on the substrate so as to be spaced apart from each other, a semiconductor active layer containing an elastic material to cover the source / drain electrode, Forming a gate insulating film containing an elastic material on the active layer, and forming a gate electrode on a partial region of the gate insulating film.
도 2를 참조하면, 기판을 제공하고, 상기 기판 상에 서로 이격되어 있는 소스/드레인 전극을 형성한다.Referring to FIG. 2, a substrate is provided, and source / drain electrodes spaced from each other are formed on the substrate.
상기 기판은 실리콘 고무(silicon rubber) 기판 또는 탄성고무기판으로 형성될 수 있다. 상기 탄성고무기판 물질로는 에코플렉스(Eco-flex), 우레탄고무(urethane rubber), 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR),에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 폴리설파이드고무(polysulfide rubber), 플루오로고무(fluororubber), 아크릴고무(acrylic rubber) 중에서 1 이상 선택될 수 있다.The substrate may be a silicon rubber substrate or an elastic rubber substrate. The elastic rubber substrate material may be selected from the group consisting of Eco-flex, urethane rubber, styrene butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber (CR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), isoprene-isobutylene rubber (IIR), butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPR), polysulfide rubber ), A fluororubber, and an acrylic rubber.
상기 소스/드레인 전극은 Au, Al, Ag, Mg, Ca, Yb, Cs-ITO 또는 이들의 합금 중에서 선택되는 단일층으로 형성될 수 있으며, 기판과의 접착성을 향상시키기 위하여 Ti, Cr 또는 Ni과 같은 접착 금속층을 더욱 포함하여 다중층으로 형성될 수 있다. 또한 그라핀(graphene), 카본나노튜브(CNT), PEDOT:PSS 전도성 고분자 실버나노와이어(silver nanowire) 등을 이용하여 기존의 금속보다 탄성에 더욱 유연한 소자를 제조할 수 있으며 위 물질들을 잉크로 사용하여 잉크젯 프린팅 또는 스프레이 등의 인쇄공정을 이용하여 소스/드레인 전극을 제조할 수 있다. 이러한 인쇄공정을 통해서 소스/드레인 전극을 형성하며 진공공정을 배제할 수 있어서 제조비용의 절감효과를 기대할 수 있다.
The source / drain electrodes may be formed of a single layer selected from Au, Al, Ag, Mg, Ca, Yb, Cs-ITO or alloys thereof. In order to improve adhesion with the substrate, And may further include an adhesive metal layer such as a metal layer. In addition, by using graphene, carbon nanotube (CNT), PEDOT: PSS conductive polymer silver nanowire, etc., it is possible to fabricate a more flexible device than the existing metal and use the above materials as ink A source / drain electrode can be manufactured using a printing process such as inkjet printing or spraying. Since the source / drain electrodes are formed through the printing process and the vacuum process can be eliminated, the manufacturing cost can be expected to be reduced.
상기 소스/드레인 전극을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 반도체 활성층을 형성할 수 있다. 상기 반도체 활성층은 탄성물질에 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체)과의 혼합으로 구성된다.A semiconductor active layer may be formed over the entire surface of the substrate including the source / drain electrodes. The semiconductor active layer is composed of a mixture of an elastic material and a semiconductor material (organic semiconductor or metal oxide semiconductor).
또한 반도체 활성층 물질과 탄성물질을 더 잘 섞이고 활성층의 성능감소를 완화하기 위해 첨가제를 소량 첨가한다. 탄성물질과 유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체를 10 : 90 ~ 70 : 30의 중량비율로 섞어서 용매에 녹이고 여기에 첨가제를 추가하여 용액을 제조할 수 있다.Also, a small amount of additive is added to better mix the semiconductor active layer material and the elastic material and to mitigate the decrease in the performance of the active layer. A solution may be prepared by mixing an elastic material and an organic semiconductor or a metal oxide semiconductor in a weight ratio of 10:90 to 70:30 and dissolving in a solvent and adding an additive thereto.
사용되는 용매로는 클로로포름, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 트리클로로벤제, 자일렌 등을 이용할 수 있다.As the solvent to be used, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, xylene and the like can be used.
혼합되는 비율로는 용매 100㎖당 첨가제 1~10㎖, 탄성물질과 유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체 200~1000mg이 혼합되는 것이 바람직하다.It is preferable that 1 to 10 ml of the additive per 100 ml of the solvent and 200 to 1000 mg of the organic semiconductor or the metal oxide semiconductor are mixed with the elastic material.
탄성물질이 포함된 용액은 여러 가지 방법(스핀코팅, 스프레이, 바코팅, 닥터블레이드 등)을 통해 반도체 활성층을 형성되는 데 60℃ 이상에서 2시간 이상 경화시켜준다.The solution containing the elastic material is cured at 60 ° C or more for 2 hours or more to form a semiconductor active layer through various methods (spin coating, spraying, bar coating, doctor blade, etc.).
상기 첨가제로는 알킬 티올 (alkyl thiol), 1,8-다이아이오드옥탄(1,8-diiodoctane), 1-클로로나프탈렌 (1-chloronapthalene)을 포함하는 물질 또는 이들의 유도체 중에서 선택될 수 있다. 상기 첨가제는 탄성물질과 유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체와 잘 혼합되는 동시에 반도체의 성질이 경감되지 않도록 하는 장점이 있다. 상기 첨가제는 높은 끓는 점을 가지는 데, 이를 첨가하여 용액상태에서 필름상태로 전환될 때 천천히 건조되면서 더 나은 표면상태의 필름을 형성하는 시간을 주며 탄성물질과 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체)의 용해도를 높여줌으로써 탄성물질과 반도체 물질간에 더욱 적절히 잘 섞이도록 해 성능향상에 도움을 주는 역할을 한다.The additive may be selected from the group consisting of alkyl thiol, 1,8-diiodoctane, 1-chloronapthalene, and derivatives thereof. The additive is advantageous in that it is mixed well with an elastic material and an organic semiconductor or a metal oxide semiconductor and at the same time, the property of the semiconductor is not reduced. The additive has a high boiling point. When added to the film state, the additive is slowly dried when it is converted from a solution state to a film state, giving a time for forming a film having a better surface state. The elastic substance and the semiconductor material (organic semiconductor or metal oxide semiconductor) To improve the solubility of the elastic material and the semiconductor material, thereby improving the performance.
상기 탄성물질로는 실리콘고무(silicon rubber), 에코플렉스(Eco-flex), 우레탄고무(urethane rubber), 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 폴리설파이드고무(polysulfide rubber), 플루오로고무(fluororubber) 및 아크릴고무(acrylic rubber) 등으로 이루어진 군에서 1이상 선택할 수 있다.Examples of the elastic material include silicone rubber, Eco-flex, urethane rubber, styrene butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber (CR), nitrile rubber butadiene rubber (NBR), isoprene-isobutylene rubber (IIR), butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPR) Polysulfide rubber, fluororubber, acrylic rubber, and the like may be used.
상기 반도체 활성층은 N형 유기반도체 또는 P형 유기반도체를 사용할 수도 있다. 상기 N형 유기반도체는 아센계 물질, 완전 불화된 아센계 물질, 부분 불화된 아센계 물질, 부분 불화된 올리고티오펜(oligothiophene)계 물질, 플러렌(fullerene)계 물질, 치환기를 갖는 플러렌계 물질, 완전 불화된 프탈로시아닌(phthalocyanine)계 물질, 부분 불화된 프탈로시아닌계 물질, 페릴렌 테트라카르복실릭 디이미드(perylene tetracarboxylic diimide)계 물질, 페릴렌 테트라카르복실 디안하이드라이드(perylene tetracarboxylic dianhydride)계 물질, 나프탈렌 테트라카르복실릭 디이미드(naphthalene tetracarboxylic diimide)계 물질 또는 나프탈렌 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(naphthalene tetracarboxylic dianhydride)계 물질 중에서 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 아센(acene)계 물질은 안트라센, 테트라센, 펜타센, 페릴렌 또는 코노렌 중에서 선택될 수 있다.The semiconductor active layer may be an N-type organic semiconductor or a P-type organic semiconductor. The N-type organic semiconductor may be an n-type organic semiconductor, a n-type organic semiconductor, a n-type organic semiconductor, a nano- A partially fluorinated phthalocyanine-based material, a perylene tetracarboxylic diimide-based material, a perylene tetracarboxylic dianhydride-based material, a naphthalene-based material, a perylene tetracarboxylic dianhydride- A naphthalene tetracarboxylic dianhydride-based material or a naphthalene tetracarboxylic dianhydride-based material may be preferably used. Here, the acene-based material may be selected from anthracene, tetracene, pentacene, perylene, or quinoline.
또한 상기 P형 유기반도체는 아센(acene), 폴리-티에닐렌비닐렌(poly-thienylenevinylene), 폴리-3-헥실티오펜(poly-3-hexylthiophen), 알파-헥사티에닐렌(α-hexathienylene), 나프탈렌(naphthalene), 알파-6-티오펜(α-6-thiophene), 알파-4-티오펜 (α-4-thiophene), 루브렌(rubrene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리파라페닐렌비닐렌 (polyparaphenylenevinylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리플로렌(polyfluorene), 폴리티오펜비닐렌(polythiophenevinylene), 폴리티오펜-헤테로고리방향족 공중합체(polythiophene-heterocyclicaromatic copolymer), 트리아릴아민(triarylamine)을 포함하는 물질 또는 이들의 유도체 중에서 선택될 수 있는 데, 여기서 상기 아센족 물질은 펜타센(pentacene), 페릴렌(perylene), 테트라센(tetracene) 또는 안트라센(anthracene) 중에서 어느 하나이다.
The P-type organic semiconductor may be one selected from the group consisting of acene, poly-thienylenevinylene, poly-3-hexylthiophen, alpha-hexathienylene, Naphthalene, alpha-6-thiophene, alpha-4-thiophene, rubrene, polythiophene, polyparaphenylene Examples of the polymer include polyparaphenylenevinylene, polyparaphenylene, polyfluorene, polythiophenevinylene, polythiophene-heterocyclic aromatic copolymer, triarylamine triarylamine, or a derivative thereof, wherein the asenic material is any one of pentacene, perylene, tetracene, and anthracene.
상기 반도체 활성층을 포함하는 기판 전면에 걸쳐서는 게이트 절연막을 형성할 수 있다.A gate insulating layer may be formed over the entire surface of the substrate including the semiconductor active layer.
상기 게이트 절연막은 유기절연막 또는 무기절연막에 탄성물질이 포함될 수 있는 데, 상기 탄성물질로는 실리콘고무(silicon rubber), 에코플렉스(Eco-flex), 우레탄고무(urethane rubber), 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 폴리설파이드고무(polysulfide rubber), 플루오로고무(fluororubber) 및 아크릴고무(acrylic rubber) 등으로 이루어진 군에서 1이상 선택할 수 있다.The gate insulating film may include an elastic material in an organic insulating film or an inorganic insulating film. Examples of the elastic material include silicon rubber, Eco-flex, urethane rubber, styrene (styrene butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber (CR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), isoprene-isobutylene rubber (IIR), butadiene rubber an isoprene rubber (IR), an ethylene propylene rubber (EPR), a polysulfide rubber, a fluororubber, and an acrylic rubber.
상기 게이트 절연막은 유기절연막 또는 무기절연막의 단일막 또는 다층막으로 포함되거나 유-무기 하이브리드 막으로 포함된다. 상기 유기절연막으로는 폴리메타아크릴레이트 (PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리이미드와 같은 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계 고분자, p-자이리렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 파릴렌(parylene) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용한다. 상기 무기절연막으로는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, Al2O3, Ta2O5, BST, PZT 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용한다.The gate insulating film may be a single film or a multilayer film of an organic insulating film or an inorganic insulating film, or may be included as a organic-inorganic hybrid film. Examples of the organic insulating film include imide polymers such as polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene (PS), phenol polymers, acrylic polymers and polyimides, arylether polymers, amide polymers, fluoropolymers, p - a zirconium-based polymer, a zirylene-based polymer, a vinyl alcohol-based polymer, and parylene. As the inorganic insulating film, any one or more selected from the group consisting of a silicon oxide film, a silicon nitride film, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , BST and PZT is used.
상기 게이트 절연막상 일부영역에는 게이트 전극을 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy), 실버나노와이어(silver nanowire), 갈륨인듐유태틱(gallium indium eutectic), PEDOT;PSS 중에서 선택되는 어느 하나로 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극은 위 물질들을 잉크로 사용하여 잉크젯 프린팅 또는 스프레이 등의 인쇄공정을 이용하여 게이트 전극을 제조할 수 있다. 이러한 인쇄공정을 통해서 게이트 전극을 형성하며 진공공정을 배제할 수 있어서 제조비용의 절감효과를 기대할 수 있다.A gate electrode may be formed on a part of the gate insulating film. The gate electrode may be formed of one selected from the group consisting of aluminum (Al), aluminum alloy (Al), molybdenum (Mo), molybdenum alloy, silver nanowire, gallium indium eutectic, PEDOT; PSS and the like. The gate electrode can be manufactured using a printing process such as inkjet printing or spraying using the above materials as an ink. Since the gate electrode is formed through the printing process and the vacuum process can be eliminated, the manufacturing cost can be expected to be reduced.
이로써 본 발명의 일실시예에 따른 박막트랜지스터를 완성될 수 있다.
Thus, a thin film transistor according to an embodiment of the present invention can be completed.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 자세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
실시예Example 1 One
박막트랜지스터를 제조하는 데 있어, 기판; 상기 기판 상에 소스/드레인 전극; 상기 소스/드레인 전극을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 위치한 반도체 활성층; 상기 혼합 활성층 상의 전면에 위치하는 탄성물질이 혼합된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 위치한 게이트 전극을 포함하는 박막트랜지스터를 제조하였다.1. A thin film transistor comprising: a substrate; Source / drain electrodes on the substrate; A semiconductor active layer disposed over the entire surface of the substrate including the source / drain electrodes; A gate insulating layer in which an elastic material located on the front surface of the mixed active layer is mixed; A thin film transistor including a gate electrode positioned on the gate insulating film was manufactured.
이때, 기판으로는 우레탄고무(urethane rubber)를 이용하였으며, 기판 상에 인쇄 공정을 통해서 소스/드레인 전극을 형성하였다. 이 후 반도체 활성층을 형성하는 데 있어서 탄성물질과 유기반도체를 혼합하여 형성하는 데, 탄성물질로는 실리콘 고무의 한 종류인 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane(PDMS))과 P3HT를 10:90 ~ 50:50 중량비율로 혼합하였다.At this time, urethane rubber was used as a substrate, and source / drain electrodes were formed on a substrate through a printing process. Then, an elastic material and an organic semiconductor are mixed with each other to form a semiconductor active layer. Polymethylsiloxane (PDMS), a kind of silicone rubber, and P3HT are mixed in a ratio of 10:90 to 50:50 Weight ratio.
게이트 절연막으로는 탄성물질(폴리디메틸실록산) 및 PMMA를 혼합하였는 데, 혼합 비율은 폴리디메틸실록산 : PMMA = 4 : 1의 중량비율로 혼합하였다.As the gate insulating film, an elastic material (polydimethylsiloxane) and PMMA were mixed. The mixing ratio was a weight ratio of polydimethylsiloxane: PMMA = 4: 1.
이후 게이트 전극은 알루미늄(Al)으로 형성하여 박막트랜지스터를 완성하였다.
The gate electrode was then formed of aluminum (Al) to complete the thin film transistor.
실시예Example 2 2
실시예 1과 동일하게 실시하되,The procedure of Example 1 was repeated,
반도체 활성층으로는 탄성물질로는 실리콘 고무의 한 종류인 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane(PDMS))과 DPPT-TT를 10:90 ~ 50:50 중량비율로 혼합하였다.
As a semiconductor active layer, polydimethylsiloxane (PDMS), a kind of silicone rubber, and DPPT-TT were mixed at a weight ratio of 10:90 to 50:50 as an elastic material.
실시예Example 3 3
실시예 1과 동일하게 실시하되,The procedure of Example 1 was repeated,
반도체 활성층으로는 탄성물질로는 실리콘 고무의 한 종류인 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane(PDMS))과 PCBM를 10:90 ~ 50:50 중량비율로 혼합하였다.
As a semiconductor active layer, polydimethylsiloxane (PDMS), a kind of silicone rubber, and PCBM were mixed in a weight ratio of 10:90 to 50:50 as an elastic material.
도 3은 실리콘 고무 종류인 Polydimethylsiloxane(PDMS)을 반도체 활성층에 혼합하여 박막트랜지스터를 제조한 후의 P-Channel 또는 N-Channel 의 전자이동속도를 나타내는 도면이다. 즉, 실시예 1 내지 실시예 3의 박막트랜지스터의 P-Channel 또는 N-Channel의 전자이동속도를 나타내는 그래프이다. FIG. 3 is a graph showing the electron mobility of a P-channel or an N-channel after manufacturing a thin film transistor by mixing Polydimethylsiloxane (PDMS), which is a silicone rubber type, in a semiconductor active layer. That is, it is a graph showing the electron mobility of the P-channel or N-channel of the thin film transistors of the first to third embodiments.
도 3을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 3의 박막트랜지스터의 전자이동속도를 나타낸 것으로, 이는 반도체 활성층의 기본성능에 부도체인 PDMS를 섞어도 성능은 조금 감소하지만 박막트렌지스터로써 기능을 수행할 수 있으며 감소한 성능은 탄성물질이 미량에서부터 중량비율을 점차 올려도 큰 변화가 없음을 알 수 있다.
Referring to FIG. 3, the electron transporting speeds of the thin film transistors of Examples 1 to 3 are shown. This is because the performance is slightly reduced even when PDMS, which is an insulator, is mixed with the basic performance of the semiconductor active layer, And the decrease in performance is not significant even when the elastic material is gradually increased in weight from a small amount.
실시예Example 4 4
실시예 1과 동일하게 실시하되,The procedure of Example 1 was repeated,
반도체 활성층은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane(PDMS))과 DPPT-TT를 30 : 70 중량비율로 혼합하여 박막트랜지스터를 제조하였다.
The semiconductor active layer was prepared by mixing polydimethylsiloxane (PDMS) and DPPT-TT in a weight ratio of 30:70.
실시예Example 5 5
실시예 4와 동일하게 실시하되,The procedure of Example 4 was repeated,
반도체 활성층 제조시에 첨가제로 Chloronaphthalene(CN)을 추가 혼합하였다. 혼합되는 양은 용매(용매로는 클로로포름 이용) 100㎖ 당 Chloronaphthalene(CN) 10 ㎖, 반도체 물질(DPPT-TT) 200mg으로 사용하여 박막트랜지스터를 제조하였다.
Chloronaphthalene (CN) was added as an additive in the production of the semiconductor active layer. Thin film transistors were fabricated using 10 ml of chloronaphthalene (CN) and 200 mg of semiconducting material (DPPT-TT) per 100 ml of solvent (chloroform as solvent).
비교예Comparative Example 1 One
실시예 1과 동일하게 실시하되,The procedure of Example 1 was repeated,
반도체 활성층은 PDMS을 혼합하지 않고 DPPT-TT 만을 이용하여 제조하였으며, 게이트 절연막은 PMMA만을 이용하여 제조하였다.
The semiconductor active layer was fabricated using only DPPT-TT without PDMS, and the gate insulator was fabricated using only PMMA.
도 4는 실시예 4, 실시예 5 및 비교예 1의 박막트랜지스터의 P-Channel의 전이곡선(transfer curve)과 전자이동도를 나타내는 그래프이다. 4 is a graph showing a transfer curve and electron mobility of P-channels of the thin film transistors of Example 4, Example 5, and Comparative Example 1. FIG.
도 4를 참조하면, 비교예 1은 기존 DPPT-TT 물질만으로 유기 박막트랜지스터를 만들었을 때이며, 실시예 4는 PDMS를 DPPT-TT에 혼합하여 제조하는 경우인 데, 실시예 4의 경우 전자이동도는 약간 감소하는 경향을 보이지만 성능 차이는 많이 나지 않는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 4, in Comparative Example 1, an organic thin film transistor was formed using only a conventional DPPT-TT material. In Example 4, PDMS was mixed with DPPT-TT. In Example 4, But there was not much difference in performance.
또한, 반도체 활성층에 Chloronaphthalene(CN)을 첨가하는 실시예 5의 경우에는 기존의 성능(비교예 1)과 거의 유사한 전자이동도 및 전이곡선 (transfer curve)으로 다시 회복을 하는 것을 확인할 수 있는 바, 본 발명은 탄성물질을 혼합하더라도 소자 성능 변화는 거의 없어, 휘어지는 소자임에도 기존 소자와 성능이 유사함을 알 수 있다.
In addition, in the case of Example 5 in which Chloronaphthalene (CN) is added to the semiconductor active layer, it can be confirmed that the electron mobility and the transfer curve are restored to almost the same as the conventional performance (Comparative Example 1) The present invention shows that the performance of the device is similar to that of the existing device even though the device is not bent because the device performance is hardly changed even when the elastic material is mixed.
실시예Example 6 6
게이트 절연막의 성능을 확인하기 위해서 게이트 절연막에 물질변화를 주었는 데, 기판, 소스/드레인 전극, 게이트 전극은 실시예 1과 동일하게 제조하고, 반도체 활성층은 P3HT 만을 이용하여 제조하였으며, 또한, 게이트 절연막은 PMMA와 탄성물질인 PDMS를 혼합하여 제조하였다. PMMA와 PDMS는 3:1의 중량비율로 혼합하였다.
The substrate, the source / drain electrodes, and the gate electrode were fabricated in the same manner as in Example 1, and the semiconductor active layer was formed using only P3HT. In addition, the gate insulating film Was prepared by mixing PMMA and PDMS, an elastic material. PMMA and PDMS were mixed in a weight ratio of 3: 1.
실시예Example 7 7
실시예 6과 동일하게 실시하되,The procedure of Example 6 was repeated,
게이트 절연막은 PVDF-TrFE와 탄성물질인 PDMS를 혼합하여 제조하였다. PVDF-TrFE와 PDMS는 3:1의 중량비율로 혼합하였다.
The gate insulating film was prepared by mixing PVDF-TrFE and PDMS, which is an elastic material. PVDF-TrFE and PDMS were mixed in a weight ratio of 3: 1.
비교예Comparative Example 2 2
실시예 6과 동일하게 실시하되,The procedure of Example 6 was repeated,
반도체 활성층은 P3HT 만을 이용하여 제조하였으며, 게이트 절연막은 PMMA만을 이용하여 제조하였다.
The semiconductor active layer was fabricated using only P3HT and the gate insulator was fabricated using only PMMA.
도 5는 실시예 6, 실시예 7 및 비교예 2의 박막트랜지스터의 P-Channel의 전이곡선 (transfer curve)과 전자이동도를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the transfer curves and electron mobility of the P-channel of the thin film transistors of Example 6, Example 7, and Comparative Example 2. FIG.
도 5를 참조하면, 비교예 2에서 P3HT는 반도체 활성층에 기본적으로 많이 사용하는 물지로 하고 PMMA를 이용하여 절연막으로 제조한 박막트랜지스터 소자이며, 실시예 6 및 실시예 7은 절연막 PMMA 또는 PVDF-TrFE에 탄성물질인 PDMS를 혼합한 상태의 박막트랜지스터로서 전자이동도는 기존의 소자인 비교예 2와 변화율이 거의 일정한 것으로 보여지는 바, 휘어지는 소자임에도 기존 소자와 성능에는 거의 유사함을 알 수 있다.
Referring to FIG. 5, in Comparative Example 2, P3HT is a thin film transistor element which is basically used as a base material for a semiconductor active layer and made of an insulating film using PMMA. Examples 6 and 7 are insulating films PMMA or PVDF-TrFE The electron mobility of the thin film transistor with the PDMS mixed with the elastic material is almost the same as that of the comparative example 2 which is the conventional device.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. It will be clear to those who have knowledge of.
Claims (15)
상기 반도체 활성층은 탄성물질에 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체)이 혼합되되,
상기 탄성물질 : 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체)이 10 : 90 ~ 70 : 30 의 중량비율로 혼합되되,
상기 반도체 활성층에 첨가제가 추가되며, 상기 첨가제는 알킬 티올 (alkyl thiol), 1,8-다이아이오드옥탄(1,8-diiodoctane), 1-클로로나프탈렌 (1-chloronapthalene)을 포함하는 물질 또는 이들의 유도체 중에서 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 반도체 활성층.
In the semiconductor active layer constituting the thin film transistor,
The semiconductor active layer is formed by mixing a semiconductor material (an organic semiconductor or a metal oxide semiconductor) with an elastic material,
The elastic material: a semiconductor material (organic semiconductor or metal oxide semiconductor) is mixed in a weight ratio of 10:90 to 70:30,
An additive is added to the semiconductor active layer and the additive is selected from the group consisting of a material including alkyl thiol, 1,8-diiodoctane, 1-chloronapthalene, And at least one selected from the group consisting of a transition metal compound and a transition metal compound.
용매 100㎖당 첨가제 1~10㎖, 탄성물질과 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체) 200~1000mg이 혼합되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 반도체 활성층.
The method according to claim 1,
1 to 10 ml of an additive per 100 ml of solvent, and 200 to 1000 mg of an elastic material and a semiconductor material (organic semiconductor or metal oxide semiconductor) are mixed.
상기 탄성물질은 실리콘고무(silicon rubber), 에코플렉스(Eco-flex), 우레탄고무(urethane rubber), 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 폴리설파이드고무(polysulfide rubber), 플루오로고무(fluororubber) 및 아크릴고무(acrylic rubber) 등으로 이루어진 군에서 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 반도체 활성층.
The method according to claim 1,
The elastic material may be selected from the group consisting of silicone rubber, Eco-flex, urethane rubber, styrene butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber (CR), nitrile rubber butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPR), polysulfide (NBR) Wherein the semiconductor active layer is selected from the group consisting of polysulfide rubber, fluororubber, and acrylic rubber.
상기 유기반도체는 N형 유기반도체 또는 P형 유기반도체를 사용하되,
상기 N형 유기반도체는 아센계 물질, 완전 불화된 아센계 물질, 부분 불화된 아센계 물질, 부분 불화된 올리고티오펜(oligothiophene)계 물질, 플러렌(fullerene)계 물질, 치환기를 갖는 플러렌계 물질, 완전 불화된 프탈로시아닌(phthalocyanine)계 물질, 부분 불화된 프탈로시아닌계 물질, 페릴렌 테트라카르복실릭 디이미드(perylene tetracarboxylic diimide)계 물질, 페릴렌 테트라카르복실 디안하이드라이드(perylene tetracarboxylic dianhydride)계 물질, 나프탈렌 테트라카르복실릭 디이미드(naphthalene tetracarboxylic diimide)계 물질 또는 나프탈렌 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(naphthalene tetracarboxylic dianhydride)계 물질 또는 이들의 유도체 중에서 선택되며,
상기 P형 유기반도체는 아센(acene), 폴리-티에닐렌비닐렌(poly-thienylenevinylene), 폴리-3-헥실티오펜(poly-3-hexylthiophen), 알파-헥사티에닐렌(α-hexathienylene), 나프탈렌(naphthalene), 알파-6-티오펜(α-6-thiophene), 알파-4-티오펜 (α-4-thiophene), 루브렌(rubrene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리파라페닐렌비닐렌 (polyparaphenylenevinylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리플로렌(polyfluorene), 폴리티오펜비닐렌(polythiophenevinylene), 폴리티오펜-헤테로고리방향족 공중합체(polythiophene-heterocyclicaromatic copolymer), 트리아릴아민(triarylamine)을 포함하는 물질 또는 이들의 유도체 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 반도체 활성층.
The method according to claim 1,
The organic semiconductor may be an N-type organic semiconductor or a P-type organic semiconductor,
The N-type organic semiconductor may be an n-type organic semiconductor, a n-type organic semiconductor, a n-type organic semiconductor, a nano- A partially fluorinated phthalocyanine-based material, a perylene tetracarboxylic diimide-based material, a perylene tetracarboxylic dianhydride-based material, a naphthalene-based material, a perylene tetracarboxylic dianhydride- A naphthalene tetracarboxylic dianhydride based material or a naphthalene tetracarboxylic dianhydride based material or a derivative thereof,
The P-type organic semiconductor may be one selected from the group consisting of acene, poly-thienylenevinylene, poly-3-hexylthiophen, alpha -hexathienylene, naphthalene, alpha-6-thiophene, alpha-4-thiophene, rubrene, polythiophene, polyparaphenylene vinyl Examples of the polymer include polyparaphenylenevinylene, polyparaphenylene, polyfluorene, polythiophenevinylene, polythiophene-heterocyclic aromatic copolymer, triarylamine ) Or a derivative thereof. ≪ / RTI >
상기 게이트 절연막은 탄성물질에 유기절연막 또는 무기절연막이 혼합되되,
상기 탄성물질 : 유기절연막 또는 무기절연막이 10 : 90 ~ 70 : 30 의 중량비율로 혼합되되,
상기 게이트 절연막에 첨가제가 추가되며, 상기 첨가제는 알킬 티올 (alkyl thiol), 1,8-다이아이오드옥탄(1,8-diiodoctane), 1-클로로나프탈렌 (1-chloronapthalene)을 포함하는 물질 또는 이들의 유도체 중에서 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 게이트 절연막.
In the gate insulating film constituting the thin film transistor,
Wherein the gate insulating film is formed by mixing an organic insulating film or an inorganic insulating film with an elastic material,
The elastic material: an organic insulating film or an inorganic insulating film is mixed in a weight ratio of 10:90 to 70:30,
An additive is added to the gate insulating film, and the additive is a material including alkyl thiol, 1,8-diiodoctane, 1-chloronapthalene, And a derivative thereof.
상기 탄성물질은 실리콘고무(silicon rubber), 에코플렉스(Eco-flex), 우레탄고무(urethane rubber), 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 폴리설파이드고무(polysulfide rubber), 플루오로고무(fluororubber) 및 아크릴고무(acrylic rubber) 등으로 이루어진 군에서 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 게이트 절연막.
The method according to claim 6,
The elastic material may be selected from the group consisting of silicone rubber, Eco-flex, urethane rubber, styrene butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber (CR), nitrile rubber butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPR), polysulfide (NBR) Wherein at least one selected from the group consisting of polysulfide rubber, fluororubber, acrylic rubber, and the like is selected.
상기 유기절연막은 폴리메타아크릴레이트 (PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리이미드와 같은 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계 고분자, p-자이리렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 파릴렌(parylene) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용하며,
상기 무기절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, Al2O3, Ta2O5, BST, PZT 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터용 게이트 절연막.
The method according to claim 6,
The organic insulating layer may be an imide polymer such as polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene (PS), a phenolic polymer, an acrylic polymer, or polyimide, an arylether polymer, an amide polymer, A polyvinyl alcohol, a polyvinyl alcohol, a polyvinyl alcohol, a polyvinyl alcohol, a polyvinyl alcohol, a polyvinyl alcohol, a polyvinyl alcohol, a parylene,
Wherein the inorganic insulating film is made of at least one selected from the group consisting of a silicon oxide film, a silicon nitride film, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , BST, and PZT.
상기 기판 상에 위치한 서로 이격되어 위치하는 소스/드레인 전극;
상기 소스/드레인 전극을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 위치한 탄성물질이 혼합된 반도체 활성층;
상기 혼합 활성층 상의 전면에 위치하는 탄성물질이 혼합된 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 상에 위치한 게이트 전극; 을 포함하되,
상기 반도체 활성층에 첨가제가 추가되며, 상기 첨가제는 알킬 티올 (alkyl thiol), 1,8-다이아이오드옥탄(1,8-diiodoctane), 1-클로로나프탈렌 (1-chloronapthalene)을 포함하는 물질 또는 이들의 유도체 중에서 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
Board;
Source / drain electrodes spaced apart from one another on the substrate;
A semiconductor active layer mixed with an elastic material disposed over the entire surface of the substrate including the source / drain electrodes;
A gate insulating layer in which an elastic material located on the front surface of the mixed active layer is mixed;
A gate electrode disposed on the gate insulating film; ≪ / RTI >
An additive is added to the semiconductor active layer and the additive is selected from the group consisting of a material including alkyl thiol, 1,8-diiodoctane, 1-chloronapthalene, Derivatives thereof.
상기 반도체 활성층은 탄성물질에 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체)가 혼합되되,
상기 탄성물질 : 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체)이 10 : 90 ~ 70 : 30 의 중량비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
10. The method of claim 9,
The semiconductor active layer is formed by mixing a semiconductor material (an organic semiconductor or a metal oxide semiconductor) with an elastic material,
Wherein the elastic material: a semiconductor material (organic semiconductor or metal oxide semiconductor) is mixed in a weight ratio of 10:90 to 70:30.
용매 100㎖당 첨가제 1~10㎖, 탄성물질과 반도체 물질(유기반도체 또는 메탈옥사이드반도체) 200~1000mg이 혼합되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
11. The method of claim 10,
1 to 10 ml of an additive per 100 ml of the solvent, and 200 to 1000 mg of an elastic material and a semiconductor material (organic semiconductor or metal oxide semiconductor) are mixed.
상기 게이트 절연막은 탄성물질에 유기절연막 또는 무기절연막이 혼합되되,
상기 탄성물질 : 유기절연막 또는 무기절연막이 10 : 90 ~ 70 : 30 의 중량비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
10. The method of claim 9,
Wherein the gate insulating film is formed by mixing an organic insulating film or an inorganic insulating film with an elastic material,
Wherein the elastic material: an organic insulating film or an inorganic insulating film is mixed at a weight ratio of 10:90 to 70:30.
상기 기판은 실리콘 고무(silicon rubber), 에코플렉스(Eco-flex), 우레탄고무(urethane rubber), 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR),에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 폴리설파이드고무(polysulfide rubber), 플루오로고무(fluororubber), 아크릴고무(acrylic rubber) 중에서 1 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
10. The method of claim 9,
The substrate may be formed of a material selected from the group consisting of silicon rubber, Eco-flex, urethane rubber, styrene butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber (CR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), isoprene-isobutylene rubber (IIR), butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPR) a polysulfide rubber, a fluororubber, and an acrylic rubber.
상기 반도체 활성층 및 게이트 절연막의 탄성물질은 실리콘고무(silicon rubber), 에코플렉스(Eco-flex), 우레탄고무(urethane rubber), 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 폴리설파이드고무(polysulfide rubber), 플루오로고무(fluororubber) 및 아크릴고무(acrylic rubber) 등으로 이루어진 군에서 1이상 선택되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.10. The method of claim 9,
The elastic material of the semiconductor active layer and the gate insulating layer may be at least one selected from the group consisting of silicon rubber, Eco-flex, urethane rubber, styrene butadiene rubber (SBR), polychloroprene rubber (CR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), isoprene-isobutylene rubber (IIR), butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPR), polysulfide rubber, fluororubber, and acrylic rubber. The thin film transistor according to claim 1,
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|---|---|---|---|---|
| JP2007178256A (en) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Canon Inc | Pressure sensor |
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| KR101376494B1 (en) * | 2008-12-18 | 2014-03-19 | 포항공과대학교 산학협력단 | Fabricating low-cost polymer thin-film transistors via formation of semiconducting nanofibrillar network in semiconducting/insulating polymer blends |
| KR20140062570A (en) * | 2012-11-12 | 2014-05-26 | 삼성전자주식회사 | Channel layer for stretchable transistors |
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2014
- 2014-04-03 KR KR1020140039960A patent/KR101519100B1/en active IP Right Grant
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